凸輪軸製造法的製作方法

2023-05-22 03:37:36

專利名稱:凸輪軸製造法的製作方法
本發明有關凸輪軸的製造方法，例如用於內燃機的汽門機構的凸輪軸，更具體講，有關凸輪軸的配備方法，其中每一個裝配件，諸如凸輪凸出部或軸頸都易於和杆結合，結合後易於作機加工。
一種複合凸輪軸一般有一根鋼質管形杆和若干裝配件，諸如凸輪凸出部和軸頸安裝在杆上。這種凸輪軸質量輕，功能可與傳統的鑄成一體的凸輪軸比擬。在傳統上，裝配件和軸杆結合採用熔焊或釺焊方式，需要許多人力操作焊機或安排釺焊材料很不便利。而且，由於熱應力，熔焊易於造成產品的應變，而釺焊不能提供裝配件和軸杆之間的充分接觸。
曾經有人提出過另一種方法，用液態燒結材料製造裝配件，在鋼軸杆上燒結。製成的凸輪軸有優良的耐磨性，但不利之處是加工性能差，因為液態燒結的材料太硬，極難加工。
已知的凸輪製造方法中有在凸輪軸中製作油道的，從每一個裝配件的外緣徑向伸進管形軸杆內的中空部分。但是用JP·A·57-154 556號專利公布的已知方法(這方法是在燒結淬硬的裝配件中機加工出油道)製造油道費用高昂。
最理想的是能夠製造一種複合凸輪軸，其裝配件易於和鋼軸杆連接，燒結後可作機加工，並且可以不需作機加工而製作油道，從裝配件的外緣伸向軸杆的中空部分。
本發明提出一種方法，其步驟包括用固態燒結材料成形每一個裝配件生坯，坯中有孔，作為在軸杆上安裝用，燒結材料成分為一種Fe-C-Cu配方，其中Cu佔重量的17%-35%;把每一個生坯在軸杆上安裝;然後在燒結爐中把安裝在軸杆上的生坯燒結。
在理想的方法中，凸輪軸上有從每一個裝配件外周邊，徑向通入中空管形軸杆的油道，一個生坯有兩個(最好是精確的)半部，每個半部的連接表面上帶有一條徑向的槽，當把兩個半部安裝在軸杆上時，兩個半部合在一起，使徑向槽和先前在軸杆上做就的徑向孔中的一個，共同形成一個同軸心的孔。
複合凸輪軸易於組裝，因為既不需要焊接機，也不需要釺焊材料，並且裝配件，諸如凸輪凸出部和軸頸的可加工性和可切削性都有提高，因為它們都是用固態燒結材料製造，比傳統的液態燒結材料硬度低、傳統材料由於由含磷的共晶體或斯氏體形成，所以硬度非常高。固態燒結材料硬度比液態燒結材料硬度低，所以耐磨性比較好，因為成分中含有碳和銅，前者既能使粒子間有擴散接合，而且能形成碳化物，而銅固化後提高了強度和耐磨性。另外還有一個優點是有油道的凸輪軸可以不經切削而製造。
通過舉例，參照附圖將對本發明作進一步的敘述，附圖內容如下圖1是通過一個複合凸輪軸的縱向剖面片段;
圖2沿圖1線Ⅱ-Ⅱ的橫截面;
圖3是凸輪軸另一實施方案的部分剖面正視圖;
圖4和5是準備連接的軸頸生坯兩個半部的側視圖，圖示各個的連接表面;
圖6及7是分別沿圖4及5線Ⅵ-Ⅵ及Ⅶ-Ⅶ的截面;
圖8是凸輪軸一部分的放大正視圖，圖示有一個軸頸安裝在管形軸杆上。
圖9是沿圖8中的線Ⅸ-Ⅸ的截面。
圖示的複合凸輪軸有若干用固態燒結材料製造的裝配件，諸如軸頸和凸輪凸出部，用冶金方法和鋼質軸杆連接。裝配件的固態燒結材料的成分為Fe-C-Cu配方，含Cu佔重量17-35%。
固態燒結材料中含有的銅是純銅或銅合金。銅含量是重要的。假使銅的含量低於重量的17%，那麼裝配件和軸杆之間的結合強度便不足。而另一方面，假使含量超過重量的35%，便只是增高成本而並不提高結合強度。碳是固態燒結材料中必要的成分，最好含量在重量的0.6-1.5%之間，當碳含量低於重量的0.6%時，提高的鐵素體含量降低耐磨性。而相反，假如含量高於重量的1.5%，那麼碳化物太多便使產品的可加工性降低。當按意願加入Mn、Si、Ni、Mo和類似元素以調節產品的性能時(如強度和耐磨性等)，佔0.2-4.0%重量便已足夠。燒結材料還含有小量的附隨雜質。固態燒結材料中的熔化銅在燒結時，向軸杆裡面擴散並滲透，因此固態燒結材料要求具有適當的多孔性，最好孔隙侶體積的10-40%。
固態燒結材料按每一個裝配件(例如凸輪凸出部或軸頸)形成生坯，內有孔腔，作在軸杆上安裝用。孔腔的直徑一般幾乎和軸杆的直徑相同。把裝配件安裝在單獨的軸杆的預定的位置上。軸杆可以用實心或管狀，最好使用的材料如JIS STKM13(機械-結構碳鋼管)，其成分包括重量0.17%的C，重量0.14%的Si，重量0.54%的Mn，重量0.013%的P，重量0.004%的S，其餘部分為鐵。
在把裝配件按預定的位置在軸杆上安裝後，將組裝件放在燒結爐中燒結，選定的燒結條件為固態燒結材料中含有的銅，熔化後向軸杆中擴散並滲透。例如，在1100-1200℃下燒結30-150分鐘，燒結時銅從燒結材料中熔出，滲透進孔腔和軸杆之間的空隙中，然後固化，把裝配件和軸杆牢固結合在一起。
參看圖1和2，軸頸11是用Fe-C-Cu配方的固態燒結材料製造的，其中含Cu佔重量20%，C佔重量1.0%，其餘為鐵，製造時作安裝孔腔13，用以在鋼質管狀軸杆12上安裝。然後在燒結爐中燒結。銅從固態燒結材料中熔出，滲透進軸頸11和軸杆12之間的空隙中，然後固化，把軸頸和軸杆連接。
圖3中為凸輪軸10，一般有若干裝配件，諸如軸頸11和凸輪凸出部14，安裝在鋼質的管狀軸杆12上。軸頸11和凸輪凸出部14和管狀軸杆12緊密連接，並有形成的油孔15，16，從凸輪凸出部和軸頸的滑動表面，向軸杆的中空內部伸展。管形軸杆裡貯存的油，用離心力通過油孔，供給滑動表面，而凸輪軸由一個圖中未示的的發動機轉動。供給滑動表面的油還作汽門機構潤滑用。
在圖4至7所示的方法中，每一個在製造中的裝配件的生坯，都是用和圖1和圖2相同的材料粉末製造的，但預先都是形成兩個半部，最好是準確的兩個半部。例如，用金屬粉末壓成兩個精確的半部，即圖4和6裡的21a及圖5和7裡的21b，每一個半部的連接表面上都有一條徑向槽16a，16b;連接表面用於互相連接。兩個半部21a，21b分別在軸向上加壓，如圖6的箭頭A-A′和圖7的箭頭B-B′所示。圖4及5表示兩個半部21a，21b的相應連接表面。
如從圖8可以看出，配對的半部21a，21b互相連接，形成製造軸頸的生坯21，而各個徑向槽16a，16b準確相對，形成一個油孔16。然後把對接的生坯21安裝在一根管形的軸杆12上組裝成凸軸輪。管形軸杆12一般用鋼製造，預先在相應的位置上成形有若干個徑向孔，和每一個裝配件上的油孔對正。
如從圖9中可見，生坯21上的油孔16，和軸杆12上的一個徑向孔15對正。有一根直銅管可以通過軸頸上的油孔和軸杆上的一個油孔插入，從滑動表面插入軸杆的中空內部，固定軸頸和軸杆的相對位置。把這樣組裝的凸輪軸放在圖中未示的燒結爐中燒結，把生坯燒結成裝配件。在燒結過程中，銅從每一個半部中熔出，滲透進兩個半部和軸杆的空隙中去，然後在裡面固化，結果兩個半部和軸杆牢固結合成一個整體。
權利要求
1.一種製造在軸杆上有裝配件的凸輪軸的方法，特徵為方法包括用固態燒結材料製造成形每一個裝配件的生坯，其中有孔腔，用以和軸杆作安裝連結，固態燒結材料有Fe-C-Cu配方的組成成分，其中含Cu佔重量的17-35%；其次是把生坯安裝在軸杆上；然後在燒結爐中把生坯燒結在軸杆上，通過燒結從生坯中熔出的熔化銅，滲透進軸杆和生坯之間的空隙內，作為二者之間的連接劑。
2.如權利要求
第1項中之方法，特徵為生坯有佔體積10到40%的孔隙。
3.如權利要求
第1或第2項中之方法，特徵為軸杆為鋼質。
4.如權利要求
第1至3項中任何一項的方法，特徵為軸杆為管形，其中有若干徑向的孔，每一個生坯有兩個半部有一個帶一條徑向槽的連接面，兩個半部在軸杆上相互連接的方式是使兩條徑向槽形成一個油孔，和軸杆上的徑向孔中的一個同軸。
5.如權利要求
第1項至第4項中任何一項裡的方法，特徵為裝配件中包括一個軸頸。
6.一種製造一個凸輪軸的方法，基本上如按附圖所敘述者。
專利摘要
一種有若干裝配件如軸頸(11)和凸輪凸出部(14)等的符合凸輪軸，用含Cu量為重量的17％到35％的Fe-C-Cu配方金屬粉末製造，依靠Cu的結合作用和一根軸杆(12)連接，Cu從裝配件中熔出，充分滲入裝配件和軸杆之間的空隙中去，使二者結成一體。
文檔編號F16H53/00GK85105131SQ85105131
公開日1986年12月31日 申請日期1985年7月6日
發明者梅業源吉, 浦野茂, 加藤覺 申請人:日本柱塞環株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan